Musterlösung zum 1. Teil der Nachklausur

Datum: 22.03.2010
Name:
Vorname:
Matrikel-Nr.:
Studiengang: Bioinformatik
Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2009/2010,
Nachklausur 1. Teil
Modulnr.: FMI-BI0027
Hiermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit.
----------------------------------------------Unterschrift
Aufgabe
Punkte erreichte Punktzahl
01
6
02
8
03
6
04
6
05
6
06
4
07
6
08
4
09
4
Gesamtpunktzahl
50
1/6
01. (6 Punkte)
Nennen und zeichnen Sie jeweils eine Aldohexose und eine Ketohexose. Geben
Sie an, welches die Aldohexose und welches die Ketohexose ist.
Beispiel Aldohexose:
Beispiel Ketohexose:
OH
O
H2C
HC
C
O
HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
H2C
H2C
OH
D-Glucose
OH
D-Fructose
02. (8 Punkte)
Zeichnen Sie ein Dipeptid aus einer Aminosäure mit Ringstruktur und einer
sauren Aminosäure. Benennen Sie die Aminosäuren, ordnen Sie die Eigenschaft
zu und markieren Sie N- und C-Terminus.
Beispiel:
CH
HC
CH
HC
CH
O
C
+
N-Terminus
-
C
CH2
NH3
O
H
CH2
C
C N
C
H
O
H
Phenylalanin
Ringstruktur
COO
Asparaginsäure
saure AS
2/6
-
C-Terminus
03. (6 Punkte)
Wodurch wird die Richtung (5'-3') eines DNA-Einzelstranges bestimmt?
Zeichnen und benennen Sie ein Nukleotid, und geben Sie die Richtung in der
Zeichnung an. Benennen Sie die paarende Base.
Die Richtung eines DNA-Einzelstranges wird durch das 5’- und das 3’Kohlenstoffatom in der Desoxyribose bestimmt.
Beispiel:
NH2
N
N
O
O
-
P
O
O
-
N
5'
O
N
1'
4'
3'
2'
OH
Desoxyadenosinmonophosphat (dAMP)
Die zu Adenin paarende Base ist Thymin.
04. (6 Punkte)
Gegeben sei folgende hypothetische genomische Sequenz:
5'-ATGCCAGTGACGTTAAGGCATGTGACAG-3'
Übersetzen Sie mit Hilfe der beigefügten Tabelle diese Sequenz in allen
möglichen Leserastern. Die Sequenzen müssen dabei nicht mit einem StartCodon beginnen oder mit einem Stop-Codon enden.
Aminosäuresequenzen der 6 möglichen Leseraster:
3 entstehen durch die 3 Leseraster des gegebenen Einzelstranges:
Met/Start Pro Val Thr Leu Arg His Val Thr
Cys Gln Stop Arg Stop Gly Met/Start Stop Gln
Ala Ser Asp Val Lys Ala Cys Asp
3 entstehen durch die 3 Leseraster des paarenden Stranges
(5'-CTGTCACATGCCTTAACGTCACTGGCAT-3'):
Leu Ser His Ala Leu Thr Ser Leu Ala
Cys His Met/Start Pro Stop Arg His Trp His
Val Thr Cys Leu Asn Val Thr Gly
3/6
05. (6 Punkte)
Beschreiben Sie den Vorgang der Transkription.
3 Phasen:
• Initiation
• Elongation
• Termination
Prokaryoten:
Initiation:
• RNA-Polymerase sondiert über σ-Untereinheit die Promotorsequenz und
bindet daran
• Initiationskomplex windet kurzes Segment des Doppelstrangs von ca. 15
Nucleotiden auf ö offener Promotorkomplex
• Abgreifen der Information auf dem Matrizenstrang in 3’ö5’ Richtung und
synthetisieren des RNA-Strangs in 5’ö3’-Richtung
• RNA-Strang entspricht Gegenstrang (codierender Strang) bis auf, dass T
gegen U ausgetauscht ist
• σ-Untereinheit wird freigesetzt, wenn der naszierende RNA-Strang eine Länge
von zwölf Nucleotiden überschreitet
• Hinter einem Stück eines „gemischten Stranges“ mit der Matrizen-DNA, wird
der synthetisierte RNA-Strang vom nichttranskribierten Strang verdrängt. Dort
bildet sich wieder ein DNA-Doppelstrang aus und der RNA-Strang verlässt
den Komplex.
Elongation:
• Stetige Synthese entlang der DNA. Das 3’-OH-Ende des vorhergehenden
Nucleotids greift die Phosphorsäureanhydrid-Bindung zwischem dem α- und
dem β-Phosphat des nächsten anzuheftenden Nucleotids an, welches über
Basenpaarung am Matrizenstrang fixiert ist. Das dabei anfallende
Pyrophosphat wird weiter zu 2 Pi hydrolysiert. Somit werden pro eingebautem
Nucleotid zwei energiereiche Bindungen gespalten.
• Kein Primer nötig.
Termination:
• RNA-Polymerase trifft auf Stoppsignal: G-C-reiche Struktur gefolgt von kurzem
poly-U-Segment.
• Gebildetes G-C-reiches RNA-Segment lagert sich selbst zu Haarnadelschleife
zusammen und katapultiert Enzym vom Matrizenstrang
4/6
06. (4 Punkte)
Was versteht man unter alternativem Spleißen?
Alternatives Spleißen bedeutet, dass neben den Introns auch ausgewählte Exons
ganz oder teilweise entfernt werden. Durch alternativen Gebrauch von Donor- bzw.
Akzeptorstellen in der primären RNA entstehen verschiedene mRNAs und somit
mehr Genprodukte.
07. (6 Punkte)
Beschreiben Sie das Prinzip der PCR.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Voraussetzung: Teile der interessierenden DNA-Sequenz sind bekannt
Mit dieser Information Herstellung von zwei DNA-Oligonucleotiden von je 1520 Resten, die jeweils an einen der beiden komplementären Stränge
hybridisieren und die zu vervielfältigende Region begrenzen
Denaturierung durch Erhitzen auf 95°C
Annealing: beim Abkühlen auf ca. 55°C binden die Primer an die
komplementären Einzelstränge
Die DNA-Polymerase-Reaktion setzt an den Primern ein und verläuft in 5’->
3’-Richtung entlang der einzelnen Matrizenstränge ab
Unterbrechung der Initialreaktion durch kurzzeitiges Erhitzen auf 95°C
Folge: Denaturierung der neu gebildeten Doppelstränge
Wiederum Absenken der Temperatur, Bindung der Primer, weitere
Polymerisation
Ergebnis: 4 Filialstränge
Wiederholung dieser Prozessierungsschritte, bis nach 20-30 Zyklen das
betreffende DNA-Segment millionen- bis milliardenfach amplifiziert ist
08. (4 Punkte)
Nennen Sie zwei Typen der Enzyminhibition Ihrer Wahl. Beschreiben Sie die
Auswirkungen auf KM und vmax.
Beispiele:
Kompetitive Inhibition:
KM erhöht
vmax unverändert
Unkompetitive Inhibition:
KM verringert
vmax verringert
5/6
09. (4 Punkte)
Erklären Sie das folgende Ramachandran-Diagramm des Modellpeptids
Polyalanin.
Da die Peptidbindung Doppelbindungscharakter hat, ist sie planar und starr. Die
Bindungen N-Cα und Cα-CO sind als Einfachbindungen jedoch drehbar. Die
zugehörigen Dreh- oder Torsionswinkel werden als φ und ψ bezeichnet. Jede
Peptidbindung in der Hauptkette eines Polypeptids nimmt eine bestimmte
Kombination dieser beiden Winkel an. Die Gesamtheit der Winkelkombinationen
definiert die Konformation eines Proteinrückgrats. Die möglichen Kombinationen von
φ und ψ sind jedoch aufgrund eventueller sterischer Hinderungen zwischen Hauptund Seitenketten eingeschränkt. Der Raum möglicher Konformationen wird mittels
des Ramachandran-Diagramms visualisiert. Die mit α und β bezeichneten Bereiche
geben an, welche Winkelkombinationen zu den Sekundärstrukturelementen α-Helix
und β-Faltblatt führen.
Genetischer Code:
1. Pos.
2. Pos.
U
U
C
A
G
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Ile
Ile
Ile
Met / Start
Val
Val
Val
Val
C
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro
Pro
Pro
Thr
Thr
Thr
Thr
Ala
Ala
Ala
Ala
3. Pos.
A
Tyr
Tyr
Stop
Stop
His
His
Gln
Gln
Asn
Asn
Lys
Lys
Asp
Asp
Glu
Glu
6/6
G
Cys
Cys
Stop
Trp
Arg
Arg
Arg
Arg
Ser
Ser
Arg
Arg
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G